專利名稱：利用稻殼制備高純硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制備及太陽能材料制備領(lǐng)域，特別涉及利用稻殼制備高純硅的方法。
背景技術(shù)：
晶體硅(包括單晶硅和多晶硅)是一種重要的材料，有著高能效率和無劣化的穩(wěn)定特性，廣泛應(yīng)用于微電子領(lǐng)域，近幾年晶體硅在太陽能領(lǐng)域的應(yīng)用也成為一個(gè)熱點(diǎn)。高純度的晶體硅按照純度要求不同，通常分為電子級(jí)和太陽能級(jí)，但是，現(xiàn)有的高純度的晶體硅由于生產(chǎn)設(shè)備和制備工藝的限制，大都為電子級(jí)?，F(xiàn)有的電子級(jí)高純度的晶體硅制備工藝通常為兩種一種是將低純度的硅提純的制備工藝，例如在申請?zhí)枮?00680007451. 1的中國專利文件提及的一種將氧化劑和礦渣加入到熔融硅來制備高純度硅的制備工藝，但該工藝中需要提供較昂貴的低純度的粗制硅，粗制硅是采用天然的二氧化硅與碳素還原獲得，生產(chǎn)成本較高且會(huì)帶來環(huán)保問題，且粗制硅中含有硼和磷雜質(zhì)，該工藝中還需要額外的對硼和磷雜質(zhì)進(jìn)行去除，增加制造成本。另一種是采用含硅的化學(xué)試劑制備晶體硅的制備工藝，具體如申請?zhí)枮?200780036775. 2的中國專利文件中提供采用氯硅烷前驅(qū)體反應(yīng)制備高純度硅的制備設(shè)備和制備工藝，但該制備工藝需要采用氯硅烷前驅(qū)體，成本也較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種成本低廉的利用稻殼制備高純硅的方法。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種利用稻殼制備高純硅的方法，包括提供稻殼； 對所述稻殼進(jìn)行粉碎；對所述粉碎的稻殼進(jìn)行炭化；對炭化后的稻殼進(jìn)行酸處理；對所述炭化后的稻殼進(jìn)行造粒，形成顆粒；對所述顆粒進(jìn)行電弧熔解還原工藝或者等離子體熔解還原工藝，形成粗制硅；對所述粗制硅進(jìn)行電子束處理并進(jìn)行硅鑄造，形成高純硅?？蛇x的，對所述稻殼進(jìn)行粉碎工藝為濕式粉碎工藝?？蛇x的，粉碎后的稻殼粒徑為1微米至100微米?？蛇x的，稻殼的炭化工藝為在旋轉(zhuǎn)的炭化爐中進(jìn)行。可選的，對所述粉碎的稻殼進(jìn)行炭化具體包括炭化爐腔室溫度為500°C至 IOOO0C，并通入含水分的惰性氣體?？蛇x的，所述酸處理具體包括將炭化后的稻殼浸入濃度為5%至20%的硫酸溶液中?？蛇x的，對炭化后的稻殼進(jìn)行酸處理具體工藝為室溫將炭化后的稻殼浸入濃度為10%的硫酸溶液中M小時(shí)?？蛇x的，對炭化后的稻殼進(jìn)行酸處理具體工藝為80°C至100°C將炭化后的稻殼浸入濃度為10%的硫酸溶液中5小時(shí)?？蛇x的，所述電弧熔解還原工藝具體為通入惰性氣體形成壓力，在溫度1000°C至2000C，對所述顆粒進(jìn)行電弧熔解，形成粗制硅?？蛇x的，所述等離子體熔解還原工藝具體為通入惰性氣體形成壓力，在溫度 1000°C至2000°C，對所述顆粒進(jìn)行等離子體熔解?？蛇x的，所述等離子體為氦氫混合氣體的等離子體?？蛇x的，所述電子束處理并進(jìn)行硅鑄造步驟包括將粗制硅熔解；將粗制硅進(jìn)一步熔解并鑄造。本發(fā)明還提供了一種利用稻殼制備高純硅的方法，包括提供稻殼；對所述稻殼進(jìn)行粉碎；對所述粉碎的稻殼進(jìn)行炭化；對所述炭化后的稻殼進(jìn)行造粒，形成顆粒；對所述顆粒進(jìn)行等離子體熔解還原工藝或者電弧熔解還原工藝，形成硅融體；單向凝固所述硅融體， 形成硅錠；對所述硅錠進(jìn)行電子束處理并進(jìn)行硅鑄造，形成高純硅?？蛇x的，對所述稻殼進(jìn)行粉碎工藝為濕式粉碎工藝?？蛇x的，粉碎后的稻殼粒徑為1微米至100微米?？蛇x的，稻殼的炭化工藝為在旋轉(zhuǎn)的炭化爐中進(jìn)行?？蛇x的，對所述粉碎的稻殼進(jìn)行炭化具體包括炭化爐腔室溫度為500°C至 IOOO0C，并通入含水分的惰性氣體?？蛇x的，所述等離子體熔解還原工藝具體為通入惰性氣體形成壓力，在溫度 1000°C至2000°C，對所述顆粒進(jìn)行等離子體熔解?？蛇x的，所述等離子體為氦氫混合氣體的等離子體?？蛇x的，所述電弧熔解還原工藝具體為通入惰性氣體形成壓力，在溫度1000°C 至200(TC，對所述顆粒進(jìn)行電弧熔解，形成粗制硅?？蛇x的，所述電子束處理并進(jìn)行硅鑄造步驟包括將粗制硅熔解；將粗制硅進(jìn)一步熔解并鑄造。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)利用成本低廉的稻殼制備高純硅，制備的高純硅金屬雜質(zhì)低。本發(fā)明利用酸化工藝去除炭化后稻殼中的金屬雜質(zhì)結(jié)合電子束處理并進(jìn)行硅鑄造形成含磷元素和硼元素含量低于5ppm的高純硅。本發(fā)明還利用結(jié)合單向凝固結(jié)合電子束處理形成含磷元素和硼元素含量低于5ppm的高純硅。更進(jìn)一步的，本發(fā)明在將稻殼炭化的工藝中通過融入含水的惰性氣體去除硼磷元素，避免增加額外的硼磷元素去除工藝，節(jié)約工藝步驟，提高生產(chǎn)效率。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖1是本發(fā)明提供的利用稻殼制備高純硅的方法第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是采用電子束處理裝置對所述粗制硅進(jìn)行電子束處理的實(shí)施例示意圖；圖3是本發(fā)明提供的利用稻殼制備高純硅的方法第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明提供的利用稻殼制備高純硅的方法第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明提供的利用稻殼制備高純硅的方法第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式由背景技術(shù)分析可知，現(xiàn)有的高純度的晶體硅按照純度要求不同，分為電子級(jí)和太陽能級(jí)，但由于現(xiàn)有的高純度的晶體硅由于生產(chǎn)設(shè)備和制備工藝的限制，大都為電子級(jí)， 而且現(xiàn)有的制備工藝需要成本較高的生產(chǎn)原料(粗制硅或者含硅的化學(xué)試劑)，生產(chǎn)花費(fèi)較高，且有些制備工藝制備的高純硅含有硼和磷雜質(zhì)，而且需要特別指出的是現(xiàn)有的電子級(jí)的高純硅作為太陽能電池使用并不完全有效。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過大量的研究，發(fā)現(xiàn)稻殼中含有大量的硅元素，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)稻殼中含有重量百分比約為20%的二氧化硅，并且稻殼中的二氧化硅是植物稻子從土地中吸收積蓄起來的，雜質(zhì)含量少，適合太陽能級(jí)高純硅生產(chǎn)使用。為此，本發(fā)明的發(fā)明人提出一種利用稻殼制備高純硅的方法，包括提供稻殼；對所述稻殼進(jìn)行粉碎；對所述粉碎的稻殼進(jìn)行炭化；對炭化后的稻殼進(jìn)行酸處理；干燥所述炭化后的稻殼，并對所述炭化后的稻殼進(jìn)行造粒，形成顆粒；對所述顆粒進(jìn)行電弧熔解還原工藝，形成粗制硅；對所述粗制硅進(jìn)行電子束處理并進(jìn)行硅鑄造，形成高純硅。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。圖1為本發(fā)明提供的利用稻殼制備高純硅的方法第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，下面對本發(fā)明的利用稻殼制備高純硅的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。步驟SlOl，提供稻殼。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的高純硅的形成工藝通常是粗制硅或者含硅的化學(xué)試劑，其成本都較高昂，且在生產(chǎn)粗制硅或者含硅的化學(xué)試劑的過程中需要額外的去硼和磷雜質(zhì)，生產(chǎn)工藝并不環(huán)保。本發(fā)明的發(fā)明人對稻子的稻殼進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)稻子的稻殼不但含二氧化硅重量比約為20%，而且稻殼中的二氧化硅是稻子從地里吸收積蓄的，稻殼剩下的 80%為纖維，雜質(zhì)較少，且纖維能夠作為提純硅的燃料使用，且稻殼價(jià)格低廉，容易獲得。為此，本發(fā)明的發(fā)明人提供了從稻殼中提純高純硅的工藝，如步驟S102所述，對所述稻殼進(jìn)行粉碎。所述粉碎后的稻殼粒徑為1微米至100微米，對稻殼進(jìn)行粉碎能夠提高稻殼的利
用率，提高高純硅的產(chǎn)量。所述粉碎工藝可以為干式粉碎工藝也可以為濕式粉碎工藝，所述粉碎工藝可以采用帶刃混合機(jī)械粉碎、碾磨器粉碎、粉碎機(jī)械粉碎或者磨碎器粉碎，考慮到粉碎稻殼會(huì)摩擦起熱，優(yōu)選的粉碎工藝為濕式粉碎工藝，以避免粉碎摩擦起火。步驟S103，對所述粉碎的稻殼進(jìn)行炭化。所述炭化工藝用于將稻殼中的纖維形成碳，同時(shí)將存在于稻殼中的磷元素和硼元素氧化，從稻殼中分離。所述炭化工藝具體工藝包括將粉碎后的稻殼放置于炭化爐腔室內(nèi)，為了提高稻殼的炭化效果，可以選擇旋轉(zhuǎn)的炭化爐；抽去所述炭化爐腔室內(nèi)的氧氣，將所述炭化爐腔室加熱至500°C至1000°C，并通入含水分的惰性氣體。所述炭化工藝中優(yōu)選的加熱溫度為500°C至1000°C，低于500°C，粉碎的稻殼無法充分反應(yīng)形成碳；高于1000°c，形成的碳容易揮發(fā)，因此，將炭化工藝的溫度選取為500°C 至 IOOO0Co所述含水分的惰性氣體可以通過將惰性氣體通入水獲得，所述惰性氣體可以是氬氣、氮?dú)饣蛘吆猓ㄈ胨龊值亩栊詺怏w可以將存在于稻殼中的磷元素和硼元素氧化并與惰性氣體一起通過炭化爐的排氣口排出。步驟S104，對炭化后的稻殼進(jìn)行酸處理。所述酸處理用于去除稻殼中殘留的磷元素和硼元素雜質(zhì)及金屬雜質(zhì)。所述酸處理具體包括將炭化后的稻殼浸入濃度為5%至20%的硫酸溶液中。較優(yōu)選的工藝為室溫將炭化后的稻殼浸入濃度為10%的硫酸熔液中對小時(shí)或者80°C至 100°C將炭化后的稻殼浸入濃度為10%的硫酸熔液中5小時(shí)。在酸處理過程中對浸有稻殼的硫酸溶液進(jìn)行攪拌，使得所述稻殼與硫酸均勻接觸，提高酸處理的效果。酸處理完成后，采用去離子水清洗所述稻殼并對所述稻殼進(jìn)行干燥，清洗所述稻殼時(shí)要注意不要讓金屬雜質(zhì)污染所述稻殼；干燥時(shí)較優(yōu)選在惰性氣體中干燥，在空氣氛圍中干燥要注意以避免稻殼燃燒。步驟S105，干燥所述炭化后的稻殼，并對所述炭化后的稻殼進(jìn)行造粒，形成顆粒。在上述酸處理步驟完成后，對所述去除雜質(zhì)且炭化后的稻殼進(jìn)行熔解造粒，所述造?？梢圆捎矛F(xiàn)有的造粒設(shè)備，所述造粒的大小可以根據(jù)具體的造粒設(shè)備選擇，但是在造粒過程中要避免雜質(zhì)污染稻殼顆粒。步驟S106，對所述顆粒進(jìn)行電弧熔解還原工藝，形成粗制硅。電弧熔解還原工藝可以在電弧爐中進(jìn)行，利用電弧的熱量熔解所述顆粒，同時(shí)利用顆粒中的碳進(jìn)行還原形成粗制硅，為避免雜質(zhì)污染，電弧熔解還原工藝的電極需選用高純度的石墨電極或者碳化硅電極，發(fā)明人考慮到硅熔解的溫度為約1400°C，所述顆?？梢苑胖糜谶B續(xù)式或者批式的水冷式銅坩堝或者其他耐高溫材質(zhì)且不與硅反應(yīng)的坩堝，以水冷式銅坩堝為例，水冷的目的是為了使坩堝壁溫度保持在冷態(tài)，避免坩堝中熔解的顆粒與坩堝發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)，由于銅坩堝一直處于冷態(tài)并且不與熔解的顆粒發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)，因此電弧熔解還原工藝形成的粗制硅不會(huì)引入額外的雜質(zhì)。電弧熔解還原所述顆粒時(shí)可以通入惰性氣體保持一定的壓力，在溫度1000°C至 2000°C，對所述顆粒進(jìn)行電弧熔解，形成粗制硅。顆粒中的碳在電弧熔解還原工藝中不會(huì)完全消耗，所述粗制硅的表面會(huì)形成有少量的碳成分，所述形成在粗制硅的表面的少量的碳成分可以采用研磨去除也可以在后續(xù)的步驟中去除。步驟S107，對所述粗制硅進(jìn)行電子束處理并進(jìn)行硅鑄造，形成高純硅。為了提高高純硅的質(zhì)量，對所述粗制硅進(jìn)行電子束處理并進(jìn)行硅鑄造步驟包括兩個(gè)步驟第一步驟為將粗制硅熔解；第二步驟為將粗制硅進(jìn)一步熔解并鑄造。為便于理解本步驟，請參考圖2，圖2為采用電子束處理裝置對所述粗制硅進(jìn)行電子束處理的實(shí)施例示意圖，所述電子束處理裝置包括漏斗103，所述漏斗103用于放置粗制硅，并將粗制硅以一定的速率傳送至傳送通路105。
所述漏斗103可以設(shè)置有閥門和控制所述閥門的控制開關(guān)(未圖示)，用于控制漏斗103傳送粗制硅104的速率。傳送通路105，用于將漏斗103傳送出的粗制硅104傳送至坩堝107內(nèi)，所述傳送通路105設(shè)置有真空裝置，可以對傳送通路105抽真空，所述傳送通路105上方設(shè)置有第一電子束發(fā)生器101。第一電子束發(fā)生器101，設(shè)置于傳送通路105上方，可以發(fā)射電子束，熔解傳送通路105內(nèi)的粗制硅104。坩堝107，用于接受被第一電子束發(fā)生器101發(fā)射的電子束熔解的粗制硅104，所述坩堝107上方設(shè)置有第二電子束發(fā)生器102。第二電子束發(fā)生器102，設(shè)置于坩堝107上方，可以發(fā)射電子束，熔解坩堝107內(nèi)的粗制硅104，形成高純硅106。下面結(jié)合電子束處理裝置，對電子束處理處理所述粗制硅進(jìn)行說明。粗制硅104通過漏斗103漏至傳送通路105，被第一電子束發(fā)生器101發(fā)射的電子束初次熔解，經(jīng)傳送通路105流動(dòng)至坩堝107，在被電子束熔解時(shí)，傳送通路105保持高溫高真空狀態(tài)，促使雜質(zhì)揮散。熔解的硅經(jīng)過傳送通路105流動(dòng)至坩堝107，由第二電子束發(fā)生器102發(fā)射電子束，對所述硅進(jìn)行再次熔解，形成高純硅106沉積至坩堝107底部，沉積至底部的高純硅106 可以單向凝固進(jìn)一步高純度化也可以以融體狀流入其他框具定型，例如在太陽能電圓片模具定型，生產(chǎn)太陽能電池用晶片。對所述粗制硅進(jìn)行電子束熔解處理，并進(jìn)行硅鑄造，所述電子束處理不會(huì)對硅鑄造形成雜質(zhì)，且高溫高真空的電子束處理能夠完全去除雜質(zhì)和金屬殘留，形成至少是太陽能級(jí)別的高純度硅(99.9999% )，如果工藝中雜質(zhì)控制嚴(yán)格，還可以獲得電子級(jí)別的高純度硅(99. 999999% )。進(jìn)一步的，本步驟中可以通過設(shè)置傳送粗制硅104的速率和電子束放置的位置得到較優(yōu)的工作效率。下面根據(jù)上述的各實(shí)施步驟，以一個(gè)具體實(shí)施例做示范性說明。提供米的稻殼1千克，用去離子水清洗，在60°C干燥所述稻殼M小時(shí)；在干燥的稻殼內(nèi)加入去離子水形成濕潤狀態(tài)，用攪拌機(jī)粉碎30分鐘；將粉碎后的稻殼放入石英制成的石英舟內(nèi)，放入水平型環(huán)狀爐，所述水平型環(huán)狀爐可以加熱且可以通入濕潤的氬氣，所述氬氣在通入水平型環(huán)狀爐前先通過有水的水槽； 將水平型環(huán)狀爐加熱至800°C并同時(shí)通入1升/分鐘的氬氣，加熱3小時(shí)；冷卻水平型環(huán)狀爐，得到400克的黑色粉末，將所述黑色粉末置于10%的硫酸溶液中，用加熱攪拌器在40°C攪拌6小時(shí)，完成后的產(chǎn)物取樣品進(jìn)行分析，分析結(jié)果表明樣品中磷元素和硼元素在0. Olppm以下。本實(shí)施例，將酸化后的粉末放置于具有碳素電極的電弧熔解裝置的坩堝中，所述坩堝為水冷式銅坩堝，采用旋轉(zhuǎn)泵抽真空至lOOPa，然后通入氬氣，保持真空為lOOOPa， 對所述粉末進(jìn)行電弧熔解，在熔解過程中采用光高溫計(jì)測量得到熔解溫度為1750°C至 1850°C ；熔解30分鐘，保持氬氣流通下抽真空，并進(jìn)行冷卻，冷卻至室溫取出樣品進(jìn)行分析， 肉眼觀察為有硅光澤的結(jié)塊，分析結(jié)果為表面殘留有碳成分的硅，稱重結(jié)果約為95克。
對所述結(jié)塊進(jìn)行研磨去除表面的碳，并進(jìn)行粉碎、電子束處理，將粗制硅的粉末放置于底面直徑為100毫米的平的水冷銅坩堝的電子束處理裝置，進(jìn)行電子束熔解形成板狀硅。處理裝置為具有油擴(kuò)散泵和旋轉(zhuǎn)泵的電子束處理裝置，在沒有電子束的狀態(tài)為0. IPa 左右。對粗制硅的粉末進(jìn)行電子束處理，處理時(shí)壓力為1 至5Pa，處理15分鐘，得到3毫米至5毫米厚的板狀硅。對板狀硅采用氫氟酸清洗后，對所述板狀硅進(jìn)行成分分析，其中磷元素和硼元素低于5ppm，金屬成分幾乎沒有，所述板狀硅純度為99. 99999%。本發(fā)明的發(fā)明人還提出一種利用稻殼制備高純硅的方法，包括提供稻殼；對所述稻殼進(jìn)行粉碎；對所述粉碎的稻殼進(jìn)行炭化；對炭化后的稻殼進(jìn)行酸處理；干燥所述炭化后的稻殼，并對所述炭化后的稻殼進(jìn)行造粒，形成顆粒；對所述顆粒進(jìn)行等離子體熔解還原工藝，形成粗制硅；對所述粗制硅進(jìn)行電子束處理并進(jìn)行硅鑄造，形成高純硅。圖3為本發(fā)明提供的利用稻殼制備高純硅的方法第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，下面對本發(fā)明的利用稻殼制備高純硅的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。其中，步驟S201至S205可以參考第一實(shí)施例的相應(yīng)步驟。步驟S206，對所述顆粒進(jìn)行等離子體熔解還原工藝，形成粗制硅。所述等離子體熔解還原工藝可以在等離子體發(fā)生設(shè)備中進(jìn)行，將顆粒熔解，同時(shí)利用顆粒中的碳進(jìn)行還原形成硅融體，固化后形成粗制硅。所述等離子體較優(yōu)的是氦氫混合氣體的等離子體，采用等離子體熔解還原工藝可以避免上一實(shí)施例中電弧熔解的電極物質(zhì)的雜質(zhì)污染高純硅現(xiàn)象，從而提高高純硅的純度，發(fā)明人考慮到硅熔解的溫度為約 1400°C，所述顆粒可以放置于連續(xù)式或者批式的水冷式銅坩堝或者其他耐高溫且不與硅反應(yīng)的坩堝，請參考第一實(shí)施例的相應(yīng)步驟，這里不再贅述。對所述顆粒進(jìn)行等離子體熔解還原工藝，同時(shí)利用顆粒中的碳進(jìn)行還原形成硅融體，固化后形成粗制硅，對形成粗制硅樣品進(jìn)行成分分析，純度已經(jīng)達(dá)到4N或者以上的高純度，且完全去除的磷元素和硼元素雜質(zhì)。等離子體熔解還原所述顆粒時(shí)可以通入惰性氣體保持一定壓力，在溫度1000°C至 2000°C，對所述顆粒進(jìn)行等離子體熔解形成硅融體，固化后形成粗制硅，所述粗制硅的表面會(huì)形成有少量的碳成分，所述形成在粗制硅的表面的少量的碳成分可以采用研磨去除也可以在后續(xù)的步驟中去除。為了提高形成的粗制硅純度，通入的惰性氣體可以含一定的水分，用于去除粗制硅的磷元素和硼元素。步驟S207，對所述粗制硅進(jìn)行電子束處理并進(jìn)行硅鑄造，形成高純硅。請參考第一實(shí)施例的相應(yīng)步驟，在這里不再贅述。下面根據(jù)上述的各實(shí)施步驟的具體實(shí)施例可以參考上一具體實(shí)施例，其中電弧熔解裝置改為氦氫混合等離子體發(fā)生裝置，在氦氫混合等離子體發(fā)生裝置處理過程中，我們通過測量發(fā)現(xiàn)處理溫度為1800°C至1950°C，比電弧熔解處理高約50°C至100°C，高純硅形成后，對高純硅進(jìn)行成分分析，硅純度為99. 99999%，其中磷元素和硼元素低于5ppm，金屬成分幾乎沒有。本發(fā)明的發(fā)明人還提出一種利用稻殼制備高純硅的方法，包括提供稻殼；對所述稻殼進(jìn)行粉碎；對所述粉碎的稻殼進(jìn)行炭化；對所述炭化后的稻殼進(jìn)行造粒，形成顆粒；對所述顆粒進(jìn)行等離子體熔解還原工藝，形成硅融體；單向凝固所述硅融體，形成硅錠；對所述硅錠進(jìn)行電子束處理并進(jìn)行硅鑄造，形成高純硅。圖4為本發(fā)明提供的利用稻殼制備高純硅的方法第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，下面對本發(fā)明的利用稻殼制備高純硅的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。其中，步驟S301至S303可以參考第一實(shí)施例的SlOl至S103相應(yīng)步驟，步驟S304 可以參考第一實(shí)施例的步驟S105，需要特別指出的是，本實(shí)施例中造粒步驟之前未采用酸化工藝，形成的顆粒會(huì)有部分金屬雜質(zhì)存在。為此，本實(shí)施例如步驟S305所述，對所述顆粒進(jìn)行等離子體熔解還原工藝，形成硅融體。具體地可以參考第二實(shí)施例的步驟S206，對所述顆粒進(jìn)行等離子體熔解，同時(shí)利用顆粒中的碳進(jìn)行還原形成硅融體。將所述顆粒置入帶有水冷銅坩堝的等離子體發(fā)生設(shè)備中，所述等離子體為氦氫氣體的等離子體，等離子體熔解還原所述顆粒時(shí)可以通入惰性氣體形成壓力，在溫度1000°c 至2000°C，對所述顆粒進(jìn)行等離子體熔解形成硅融體，在等離子體熔解還原步驟中還可以通入含水分的惰性氣體，進(jìn)一步去除磷元素和硼元素。步驟S306，單向凝固所述硅融體，形成硅錠。將硅融體流入保持溫度為1350°C至1400°C的坩堝內(nèi)，比如可以將所述硅融體保持在置入帶有水冷銅坩堝的等離子體發(fā)生設(shè)備中并將溫度降至1350°C至1400°C，需要特別指出的是所述1350°C至1400°C低于硅熔點(diǎn)，硅融體會(huì)從坩堝底部開始連續(xù)固化，直至完全固化，此時(shí)，位于坩堝頂部的硅雜質(zhì)較多。固化完全后，去除位于坩堝頂部的硅，形成硅錠。去除的硅可以進(jìn)行步驟S305的等離子體熔解還原工藝，以提高利用率。步驟S307，對所述硅錠進(jìn)行電子束處理并進(jìn)行硅鑄造，形成高純硅可以參考第一實(shí)施例的對所述粗制硅進(jìn)行電子束處理并進(jìn)行硅鑄造，形成高純硅步驟，在這里不再贅述。下面根據(jù)第三實(shí)施例的各實(shí)施步驟，以一個(gè)具體實(shí)施例做示范性說明。提供米的稻殼1千克，用去離子水清洗，在60°C干燥所述稻殼M小時(shí)；在干燥的稻殼內(nèi)加入去離子水形成濕潤狀態(tài)，用攪拌機(jī)粉碎30分鐘；將粉碎后的稻殼放入石英制成的石英舟內(nèi)，放入水平型環(huán)狀爐，所述水平型環(huán)狀爐可以加熱且可以通入濕潤的氬氣，所述氬氣在通入水平型環(huán)狀爐前先通過有水的水槽； 將水平型環(huán)狀爐加熱至800°C并同時(shí)通入1升/分鐘的氬氣，加熱3小時(shí)；冷卻水平型環(huán)狀爐，得到400克的黑色粉末，對黑色粉末加入去離子水，采用壓機(jī)造成顆粒；將顆粒置入帶有水冷銅坩堝的等離子體發(fā)生設(shè)備中，用旋轉(zhuǎn)泵進(jìn)行抽真空，穩(wěn)定在100 后通入含水分的氬氣，同時(shí)采用氦氫混合等離子體處理顆粒，并穩(wěn)定水冷銅坩堝的壓力為10001 至2000Pa，對顆粒進(jìn)行熔解還原反應(yīng)形成硅融體，此時(shí)對坩堝內(nèi)的硅融體采用光高溫計(jì)測試得到溫度約超過2000°C，保持上述處理?xiàng)l件30分鐘，在同一個(gè)等離子體發(fā)生設(shè)備中，降低等離子體溫度，約1小時(shí)后，硅融體在坩堝內(nèi)固化，此過程保持含水分的氬氣的通入。取出固化的樣品，對位于坩堝頂部的樣品和位于坩堝底部的樣品進(jìn)行熒光X線分析，結(jié)果表明位于坩堝底部的樣品未發(fā)現(xiàn)硅以外的雜質(zhì)，位于坩堝頂部的樣品有微量的狗存在。切除位于坩堝頂部5%后，再對樣品進(jìn)行分析，結(jié)果表明切除后的樣品未發(fā)現(xiàn)硅以外的雜質(zhì)。對切除后的樣品進(jìn)行粉碎、電子束處理，可參照第一實(shí)施例的具體實(shí)施例，電子束處理后形成3毫米至5毫米的板狀硅，采用氫氟酸清洗表面后，對所述板狀硅進(jìn)行成分分析，其中磷元素和硼元素低于5ppm，金屬成分幾乎沒有，所述板狀硅純度為99. 99999%。本發(fā)明的發(fā)明人還提出一種利用稻殼制備高純硅的方法，包括提供稻殼；對所述稻殼進(jìn)行粉碎；對所述粉碎的稻殼進(jìn)行炭化；對所述炭化后的稻殼進(jìn)行造粒，形成顆粒； 對所述顆粒進(jìn)行電弧熔解還原工藝，形成硅融體；單向凝固所述硅融體，形成硅錠；對所述硅錠進(jìn)行電子束處理并進(jìn)行硅鑄造，形成高純硅。圖5為本發(fā)明提供的利用稻殼制備高純硅的方法第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，下面對本發(fā)明的利用稻殼制備高純硅的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。其中，步驟S401至S404可以參考第三實(shí)施例的步驟S301至S304。步驟S405，對所述顆粒進(jìn)行電弧熔解還原工藝，形成硅融體。具體地，可以參考第一實(shí)施例的步驟S106，利用電弧的熱量熔解所述顆粒，同時(shí)利用顆粒中的碳進(jìn)行還原形成粗制硅，電弧熔解還原工藝的電極選用高純度的石墨電極或者碳化硅電極，以避免雜質(zhì)污染，電弧熔解還原工藝可以選用連續(xù)式或者批式的水冷式銅坩堝或者其他不與硅反應(yīng)的坩堝。電弧熔解還原所述顆粒時(shí)可以通入惰性氣體形成壓力，在溫度1000°C至2000°C， 對所述顆粒進(jìn)行電弧熔解，形成硅融體。步驟S406和步驟S407可以參考第三實(shí)施例的步驟S306和步驟S307，在這里不再贅述。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，包括 提供稻殼；對所述稻殼進(jìn)行粉碎；對所述粉碎的稻殼進(jìn)行炭化；對炭化后的稻殼進(jìn)行酸處理；對所述炭化后的稻殼進(jìn)行造粒，形成顆粒；對所述顆粒進(jìn)行電弧熔解還原工藝或者等離子體熔解還原工藝，形成粗制硅； 對所述粗制硅進(jìn)行電子束處理并進(jìn)行硅鑄造，形成高純硅。
2.如權(quán)利要求1所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，對所述稻殼進(jìn)行粉碎工藝為濕式粉碎工藝。
3.如權(quán)利要求1所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，粉碎后的稻殼粒徑為1微米至100微米。
4.如權(quán)利要求1所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，稻殼的炭化工藝為在旋轉(zhuǎn)的炭化爐中進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求4所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，對所述粉碎的稻殼進(jìn)行炭化具體包括炭化爐腔室溫度為500°C至ΙΟΟΟ ，并通入含水分的惰性氣體。
6.如權(quán)利要求1所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，所述酸處理具體包括將炭化后的稻殼浸入濃度為5%至20%的硫酸溶液中。
7.如權(quán)利要求6所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，對炭化后的稻殼進(jìn)行酸處理具體工藝為室溫將炭化后的稻殼浸入濃度為10%的硫酸溶液中M小時(shí)。
8.如權(quán)利要求6所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，對炭化后的稻殼進(jìn)行酸處理具體工藝為在80°C至100°C將炭化后的稻殼浸入濃度為10%的硫酸溶液中5小時(shí)。
9.如權(quán)利要求1所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，所述電弧熔解還原工藝具體為通入惰性氣體形成壓力，在溫度1000°c至2000°C，對所述顆粒進(jìn)行電弧熔解， 形成粗制硅。
10.如權(quán)利要求1所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，所述等離子體熔解還原工藝具體為通入惰性氣體，在溫度1000°C至2000°C，對所述顆粒進(jìn)行等離子體熔解。
11.如權(quán)利要求9所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，所述等離子體為氦氫混合氣體的等離子體。
12.如權(quán)利要求1所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，所述電子束處理并進(jìn)行硅鑄造步驟包括將粗制硅熔解；將粗制硅進(jìn)一步熔解并鑄造。
13.一種利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，包括 提供稻殼；對所述稻殼進(jìn)行粉碎；對所述粉碎的稻殼進(jìn)行炭化；對所述炭化后的稻殼進(jìn)行造粒，形成顆粒；對所述顆粒進(jìn)行等離子體熔解還原工藝或者電弧熔解還原工藝，形成硅融體； 單向凝固所述硅融體，形成硅錠；對所述硅錠進(jìn)行電子束處理并進(jìn)行硅鑄造，形成高純硅。
14.如權(quán)利要求13所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，對所述稻殼進(jìn)行粉碎工藝為濕式粉碎工藝。
15.如權(quán)利要求13所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，粉碎后的稻殼粒徑為1微米至100微米。
16.如權(quán)利要求13所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，稻殼的炭化工藝為在旋轉(zhuǎn)的炭化爐中進(jìn)行。
17.如權(quán)利要求13所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，對所述粉碎的稻殼進(jìn)行炭化具體包括炭化爐腔室溫度為500°C至ΙΟΟΟ ，并通入含水分的惰性氣體。
18.如權(quán)利要求13所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，所述等離子體熔解還原工藝具體為通入惰性氣體，在溫度1000°C至2000°C，對所述顆粒進(jìn)行等離子體熔解。
19.如權(quán)利要求18所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，所述等離子體為氦氫混合氣體的等離子體。
20.如權(quán)利要求13所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，所述電弧熔解還原工藝具體為通入惰性氣體，在溫度1000°C至2000°C，對所述顆粒進(jìn)行電弧熔解，形成粗制硅。
21.如權(quán)利要求13所述的利用稻殼制備高純硅的方法，其特征在于，所述電子束處理并進(jìn)行硅鑄造步驟包括將粗制硅熔解；將粗制硅進(jìn)一步熔解并鑄造。
全文摘要
一種利用稻殼制備高純硅的方法，包括提供稻殼；對所述稻殼進(jìn)行粉碎；對所述粉碎的稻殼進(jìn)行炭化；對炭化后的稻殼進(jìn)行酸處理；對所述炭化后的稻殼進(jìn)行造粒，形成顆粒；對所述顆粒進(jìn)行電弧熔解還原工藝或者等離子體熔解還原工藝，形成粗制硅；對所述粗制硅進(jìn)行電子束處理并進(jìn)行硅鑄造，形成高純硅。本發(fā)明原料成本低廉，制備的硅純度高。
文檔編號(hào)C01B33/021GK102190301SQ201010127008
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日
發(fā)明者姚尚龍, 島宗孝之, 島田達(dá)也 申請人:姚尚龍, 島宗孝之, 島田達(dá)也